CN108319751B - 地铁车站管线三维设备管线模型自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地铁车站三维设备管线模型自动生成方法，包括：步骤1、获取用于管线排布的通路的空间信息，其中，所述通路被分成多个通路片段，所述空间信息包括记录所述通路片段的位置的通路片段信息；步骤2、获取需要排布的各管线的端点信息、以及管线尺寸信息；步骤3、根据在步骤1和2中获取的信息，得到各管线的全部可能的管线路径，然后，每个管线分别选取一个可能的管线路径，经排列组合后得到包括每个管线的管线路径的多个候选管线排布方案，其中，所述管线路径由其所经过的通路片段表示；步骤4、根据每个候选管线排布方案中的管线路径在其所经过的每个通路片段上的管线信息，从所述候选管线排布方案中选取一个作为最优管线排布方案。

Description

地铁车站管线三维设备管线模型自动生成方法

技术领域

本发明涉及建筑工程计算机辅助设计技术领域，尤其涉及一种地铁车站 管线自动布置方法。

背景技术

在轨道交通设施(例如地铁车站)的建设中，需要铺设各类大量管线。 每个地铁车站涉及的管线少则十几条，多则几百条，不仅数量众多，而且种 类繁杂，涉及各个不同专业。

目前，管线全局布置的设计人员需要将各个专业设计人员单独绘制的管 线图汇总到一起，然后沿着走廊，观察各个截面，如有发生冲突和碰撞之处， 需要逐个调整，尽量保证之前的调整不发生更改，直至调整所有部位。然后， 再将调整以后的管线路径反馈给各个专业设计人员，得到最后确认，或者， 继续根据各个专业设计人员的意见，继续一轮新的调整，直至全部专业人员 都没有意见为止。

上述流程导致以下问题：设计人员后续修改设计的时间较长；设计人员 人工做的专项设计，发生错误的概率大；在管线改移设计审查时，与会人员 提出的修改建议难以当场进行修改和演示，增加了审查的难度，降低了审查 的效率，且不易发现问题，易出现设计缺陷。

因此，有必要借助计算机辅助设计来降低设计人员的劳动强度，同时也 提高设计质量和效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的发明人针对上述技术问题，开发了借助计算机辅助 设计的地铁车站管线自动布置方法。具体地，本发明针对地铁车站的车站用 房以及走廊等空间，根据各个专业的管线需求和空间条件，自动在适当区域 (例如走廊顶部)生成各个专业管线的三维模型。

根据本发明的实施例，提供了一种地铁车站三维设备管线模型自动生成 方法，包括以下步骤：步骤1、获取用于管线排布的通路的空间信息，其中， 所述通路被分成多个通路片段，所述空间信息包括记录所述通路片段的位 置的通路片段信息；步骤2、获取需要排布的各管线的端点信息、以及管线 尺寸信息；步骤3、根据在步骤1和2中获取的信息，得到各管线的全部可能 的管线路径，然后，每个管线分别选取一个可能的管线路径，经排列组合后 得到包括每个管线的管线路径的多个候选管线排布方案，其中，所述管线路 径由其所经过的通路片段表示；步骤4、根据每个候选管线排布方案中的管 线路径在其所经过的每个通路片段上的管线信息，从所述候选管线排布方案 中选取一个作为最优管线排布方案。

综上所述，本发明就是通过对各种专业的管线需求信息和走廊路径的三 维空间信息统一进行运算和处理，根据管线布置的相关标准和经验，自动排 布并优化路径，在走廊中自动生成管线模型。因此，本发明的有益效果主要 在于：管线布局速度快、效率高；设计方法简单易学；经过算法优化，设计 方案更加合理设计质量得到保证。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的地铁车站管线自动布置方法的流程示意图；

图2至4为根据本发明的实施例的候选管线排布端点合并的示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的安装了应用程序的系统的运行环境。

具体实施方式

下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施 例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任 何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它 们不背离本发明的原理和精神即可。

另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中， 可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等 处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明 书的公开充分性。

下文中，将描述用于实现本发明的实施例。

图1为根据本发明的实施例的地铁车站管线自动布置方法的流程示意图。

总体来说，在根据本发明的实施例的管线自动布置的过程中，有用信息 主要包括通路的空间信息、以及各个管线的端点信息。根据预定规则，结合 上述两类信息，能够通过运算得到各个管线系统的最优路径。

如图1所示，根据本发明的实施例的地铁车站管线自动布置方法主要包 括以下步骤：

步骤1(S100)、获取用于管线布置的通路的空间数据；

其中，根据从建筑专业提供的地铁车站所处的建筑构件的几何信息、车 站参数等，能够获取用于布置各类管线的通路的空间数据。所述建筑构件可 包括墙、门窗、柱子等模型。例如，所述几何信息包括车站中心坐标、车站 尺寸(长度、宽度)等数字信息，并以特定的数据结构来描述。

步骤2(S200)、获取各类管线系统的管线的端点信息、以及管径信息等；

其中，所述端点信息包括管线的起点、终点信息(例如，风道的出口、 入口位置)，还可包括管线的中间节点信息。

步骤3(S300)、根据在步骤1和2中获取的信息，得到各管线的全部可 能的管线路径，然后，每个管线分别选取一个可能的管线路径，经排列组合 后得到包括每个管线的管线路径的多个候选管线排布方案，其中，所述管线 路径由其所经过的通路片段表示；

步骤4(S400)、根据每个候选管线排布方案中的管线路径在其所经过的 每个通路片段上的管线信息，从所述候选管线排布方案中选取一个作为最优 管线排布方案。

步骤5(S500)、确定最优管线排布方案中的每条管线在其所经过的每个 通路片段的断面上的位置。

其中，先确定最优管线排布方案所经过的通路片段中填充率最高的通路 片段(最不利位置)，然后，确定填充率最高的通路片段中的每条管线在断面 上的位置(先在最不利位置上排管)，之后再确定其他通路片段中的每条管线 在断面上的位置。

具体地，所述步骤1包括：

步骤1-1、获得通路轮廓线；

其中，以在走廊中心点为起点，可自动搜索墙和门窗，绘制并得到走廊 封闭的轮廓线。轮廓线可绘制到终端位置。此外，还允许调整自动搜索得到 的空间范围，或者调整轮廓、也可以自动合并断线。

另外，可根据任一现有方法，获得用于上述通路的轮廓线，为了简明起 见，在此不再赘述。

步骤1-2、根据通路轮廓线，将通路分割为通路片段；

其中，根据在上面获得的轮廓线，进行轮廓配对，得到每对轮廓的中心 线，并将中心线识别为连续线段。连续线段可分为直段、转弯两个类型。每 个直段为一个独立的最小的管线布置单元，在该单元中，各类管线的布置位 置是一致的。

步骤1-3、获取每个通路片段的截面信息；

其中，进行通路中的结构识别，包括梁柱的识别和顶部结构的识别。顶 部结构根据梁柱和顶部的形状，形成包络线，完成截面的整体形状。根据识 别结果，记录每个通路片段的截面中的发生变化的位置(相对于中心线)，即 形成了通路片段的截面信息。

步骤1-4、根据截面的形状，将通路片段分为若干子段。

例如，截面形状发生变化的位置作为每个子段的分界，并记录分界信息。 这些变化包括：不同高度吊顶产生变化位置，结构(梁、掖、角、顶等)变 化的位置，横穿管路发生的位置。

作为示例，通路数据结构包括：

通路id，起点、终点，标高、顶高、吊顶高，通路宽度，存储管线数组

掖脚、横穿管、梁

下面为通路片段的数据结构示例。

//路径段，也是终点段的基类，也是起点段

Class PipePathSegment

{

//起点

//终点

//通路实体id

//吊顶高度

//顶高

//穿管实体

//梁

//掖脚

PipePathSegment*m_pPre；//前驱路径，上一段路径(只有一条)，可以是 起点

Iclist<PipePathSegment*>m_listNext；//后继路径，下一段路径(可以多 条)，可以是终点

}

具体地，在所述步骤2中，按专业、系统分类，同一平面图中可设置管 线的多个起点、多个终点，起点需要有编号，且同一个专业、系统的起点、 终点需要用编号建立关系。

例如，端点可有如下限制：任何专业、系统，均为一个起点对应多个终 点，不可以多个起点对应一个终点。起点、终点可以位于通路内或通路外；

作为示例，起、终点需要按专业、系统分类，输入不同类型的参数。例 如，在动照专业中，动照系统会设置多个起点，所有起点和所有终点生成的 n条路径要整合为一个路径。其它专业(给排水、通风、弱电)的多个起点 生成的多条路径不需要整合。

可选地，在自动布置各专业管线之前，精简各个分系统的终点数量，规 则如下：

a、同一段通路内的同系统的n个终点可以合并为一个终点考虑，只提供 一个路径方案，如图2所示，一共有5个终点分别属于两个通路，实际上可 以认为是两个终点(起点：圆圈+点，终点：圆圈+叉)；

b、当一段通路内出现起点和终点共存的情况时，需要以起点所在位置作 为分界线，将两侧的终点分别合并，如图3所示；

c、按照规则a，作为示例，图4中的系统可从2¹¹＝2048种路径方案优化 到2⁵＝32种路径方案，即，原有的11个终点中的每个都有两种排布方案(上 /下)，共计2¹¹＝2048种，在将11个终点合并为5组(每组内采用同一方案) 之后，只剩下2⁵＝32种排布方案。

具体地，在进行所述步骤3之前，还可包括如下设置过程。

1)设置初始条件

作为示例，排布的管线类型包括：风管、桥架、水管，且共分三层。

设置各类管线的排布条件，包括长宽比、管径比例，等等。

2)设置排布规则；

排布规则包括全局规则和各种管线的布置规则。

例如全局规则为：两侧、单侧，一般优先选用双侧布置，布置空间比较 窄时选用单侧。

各种管线的布置规则包括各种管线的上下位置关系、距离顶壁、侧壁的 位置关系，等等。

具体地，所述步骤4的工作流程包括：

步骤4-1、将各个管线路径布置方案与通路片段匹配，并存储匹配关系；

步骤4-2、计算各个通路片段的管线填充率、平均填充率、以及填充率方 差；

其中，例如，填充率为：填满＝1，填不满<1，填不下>1，

步骤4-3、可选地，还可根据管线长度、经过通路片段的数量等因素，计 算管线布置方案的优化率；

例如，管线长度越短，经过通路片段的数量越少、填充率方差越小，则 优化率越高。

步骤4-4、结合上述计算结果，选择最优管线布置路径；

选择原则如下：

平面路径最优规则：总长度短，经过的通路数量少为最优。

具体地，在步骤4-2中，如下计算断面布置管线的填充率：

步骤4-2-1、计算布置管线区域的总面积(顶下、吊顶上，减去横穿管、 掖脚、梁所占面积)

步骤4-2-2、计算风管所占面积(包括距离顶的距离+侧面到侧面墙的距 离)

步骤4-2-3、计算各种桥架所占面积和(各种桥架+上下左右所需要的空 隙的面积)

步骤4-2-4、计算水管所占面积(各种水管+上下左右所占的空隙面积)

步骤4-2-5、计算检修空间所占面积(风管区域不需要，只用桥架至水管 区间)

步骤4-2-6、将上述各个所占面积之和除以总可布置空间面积*0.7，即可 计算出填充率。

具体地，所述步骤5可包括：

步骤5-1、确定最优管线排布方案所经过的通路片段中填充率最高的通路 片段；

步骤5-2、确定填充率最高的通路片段中的每条管线在断面上的位置；

步骤5-3、根据在步骤5-2中确定的位置，按照填充率的降序，依次确定 其他通路片段中的每条管线在断面上的位置。

根据本发明的实施例的安装了应用程序的系统

参照图5，其示出了根据本发明的实施例的安装了应用程序的系统的运 行环境。

在本实施例中，所述的安装应用程序的系统安装并运行于电子装置中。 所述电子装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。 该电子装置可包括但不限于存储器、处理器及显示器。图5仅示出了具有上 述组件的电子装置，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以 替代的实施更多或者更少的组件。所述安装了程序的系统可以可为商业可用 的操作系统，例如

系列操作系统，所述程序可以是 AutoCAD平台，同时，也可以是其它三维软件的平台，如Revit等。

所述存储器在一些实施例中可以是所述电子装置的内部存储单元，例如 该电子装置的硬盘或内存。所述存储器在另一些实施例中也可以是所述电子 装置的外部存储设备，例如所述电子装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡 (Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括所述电子装置的内部存储单 元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储安装于所述电子装置的应用软 件及各类数据，例如所述安装应用程序的系统的程序代码等。所述存储器还 可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所述处理器在一些实施例中可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器中存储的程序代 码或处理数据，例如执行所述安装应用程序的系统等。

所述显示器在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液 晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸 器等。所述显示器用于显示在所述电子装置中处理的信息以及用于显示可视 化的用户界面，例如应用菜单界面、应用图标界面等。所述电子装置的部件 通过系统总线相互通信。

由上，将理解，为了说明的目的，这里已描述了本发明的具体实施例， 但是，可作出各个修改，而不会背离本发明的范围。本领域的技术人员将理 解，流程图步骤中所绘出或这里描述的操作和例程可以多种方式变化。更具 体地，可重新安排步骤的次序，可并行执行步骤，可省略步骤，可包括其它 步骤，可作出例程的各种组合或省略。因而，本发明仅由所附权利要求限制。

Claims (11)

1.一种地铁车站三维设备管线模型自动生成方法，包括以下步骤：

步骤1、获取用于管线排布的通路的空间信息，其中，所述通路被分成多个通路片段，所述空间信息包括记录所述通路片段的位置的通路片段信息；

步骤2、获取需要排布的各管线的端点信息、以及管线尺寸信息；

步骤3、根据在步骤1和2中获取的信息，得到各管线的全部可能的管线路径，然后，每个管线分别选取一个可能的管线路径，经排列组合后得到包括每个管线的管线路径的多个候选管线排布方案，其中，所述管线路径由其所经过的通路片段表示；

步骤4、根据每个候选管线排布方案中的管线路径在其所经过的每个通路片段上的管线信息，从所述候选管线排布方案中选取一个作为最优管线排布方案，

其中，所述步骤1包括：

步骤1-1、获取所述通路的轮廓线；

步骤1-2、根据所述通路的轮廓线对应的截面的变化，将所述通路分成为所述通路片段，

其中，所述步骤1-1包括：

根据所获得的轮廓线，进行轮廓配对，得到每对轮廓的中心线，并将中心线识别为连续线段，连续线段分为直段、转弯两个类型，

每个直段为一个独立的最小的管线排布单元，在该单元中，各类管线的布置位置是一致的，

其中，所述步骤1-2包括：

进行通路中的结构识别，包括梁柱的识别和顶部结构的识别，根据识别结果，记录每个通路片段的截面中的发生变化的位置，形成通路片段的截面信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤1中，根据地铁车站所处的建筑构件的几何信息和车站参数，获取所述通路的空间信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤4中，所述管线路径在其所经过的每个通路片段上的管线信息包括：

候选管线排布方案中的每个管线的管线路径所对应的管线长度；以及

候选管线排布方案中管线区域和各类填充设备在其所经过的每个通路片段上的面积占比。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤3之前，还设置用于布置管线的初始条件，所述初始条件包括要排布的管线的类型、以及各类型的管线的排布规则。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述端点信息包括：按专业、系统分类的管线的起点、终点信息，

其中，所述排布规则包括：

所述管线路径中的每个管线均为一个起点对应一个或多个终点；

起点和终点位于通路内或通路外。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤3还包括：

将同一通路片段内的同系统的管线的多个终点合并为一个终点；

在同一通路片段内出现起点和终点共存的情况下，将起点所在位置两侧的终点合并；

根据上述合并，减小各管线的全部可能的管线路径的数量。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤4包括：

步骤4-1、计算各个候选管线排布方案在其所经过的每个通路片段上的填充率，并进一步计算得到各个候选管线排布方案的平均填充率、以及填充率方差；

步骤4-2、计算各个候选管线排布方案对应的管线长度、以及经过通路片段的数量；

步骤4-3、根据步骤4-1和/或步骤4-2的计算结果，选出最优候选管线排布方案。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述步骤4-1包括：

步骤4-1-1、计算候选管线排布方案的管线区域在每个通路片段的面积、以及总面积；

步骤4-1-2、计算候选管线排布方案在每个通路片段中的各类填充设备所占面积；

步骤4-1-3、根据步骤4-1-1和4-1-2的计算结果，计算出所述候选管线排布方案在每个通路片段的填充率、平均填充率、以及填充率方差。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述步骤4-3包括：

步骤4-3-1、如果存在填充率方差小于0.5的候选管线排布方案，则从中选取管线长度最小或平均填充率最大的候选管线排布方案，作为最优管线排布方案；或

步骤4-3-2、如果不存在填充率方差小于0.5的候选管线排布方案，则选取填充率方差最小的候选管线排布方案，作为最优管线排布方案。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

步骤5、确定最优管线排布方案中的每条管线在其所经过的每个通路片段的断面上的位置。

11.根据权利要求10所述的方法，所述步骤5包括：

步骤5-1、确定最优管线排布方案所经过的通路片段中填充率最高的通路片段；

步骤5-2、确定填充率最高的通路片段中的每条管线在断面上的位置；

步骤5-3、根据在步骤5-2中确定的位置，按照填充率的降序，依次确定其他通路片段中的每条管线在断面上的位置。

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